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計算機硬件、軟件
瀏覽次數:7527  |  發布時間:2019-10-23 11:52:43  |   返回上級 


       其中最關鍵的是CPU和操作系統的交互。CPU擁有ISA(指令集),操作系統通過將高級語言編寫的程序轉化為匯編語言(能被CPU翻譯成機器語言的特定匯編語言)后,再進一步轉化為CPU能夠識別的機器語言,CPU利用自身的指令集將二進制代碼翻譯為相應的指令。

       這里面涉及到信息的傳輸,數字信號作為一種信息在是以電磁波或者電信號的形式傳輸的。以電信號為例,數字信號依靠電流的有無或電壓的高低分別代表1或0,只要電流或電壓不高于某上限值,都會被認為代表0;只要電流或電壓不低于某下限值,都會被認為代表1,當然同一電路中下限值一定大幅度高于上限值,電流或電壓略高或略低寫并不影響其含義。
    說到這里,回到計算機的硬件與軟件的交互問題。軟件是以硬件為載體的,在計算機中就是存儲器,其中包括有硬盤、CMOS芯片、BIOS芯片、內存條、軟盤、光盤等。構成存儲器的存儲介質,目前主要采用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩態半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元,它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元,然后再由許多存儲單元組成一個存儲器。 所以,與其說軟件與硬件的交互,不如說,從一開始軟件就是硬件的一部分,它是以二進制代碼的形式通過硬件的半導體器件和磁性材料存儲于硬件存儲器中。如此,下面就好理解了。
    在電腦上電后,根據電路、模電、數電原理,該通電的都通上電了,存儲在硬件存儲器中的信息由于有了“動力”,便開始工作了,信息以電壓或電流的形式傳輸起來,實際上由簡單的二進制的高低信號構成了復雜的物理動作,這些物理動作可以被叫做指令集(ISA)的東西所解釋?梢岳斫鉃,物理動作就是0,1組成的機器語言,而指令集能夠“翻譯”機器語言,也許用“理解”更恰當,因為一般認為機器語言是機器能夠直接聽懂的語言,就像漢語是中國人能夠直接理解的語言一樣。我們也不是天生就懂漢語的,大腦在環境中不斷適應過程中,形成了記憶,也可以說形成了“指令集”,對于傳輸過來的信息——漢語,我們可以很快的明白什么意思,并作出反應。指令集可以根據二進制信號明白對方的意思,作出加減乘除運算,然后進行存儲或者傳輸等動作。完整的描述為:CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令,放入指令寄存器,并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作,然后發出各種控制命令,執行微操作系列,從而完成一條指令的執行。 例如,要求一個加法運算,算數邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值,而且在輸出將含有總和結果。ALU內含電路系統,以于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志暫存器里,運算溢出(ArithmeticOverflow)標志可能會被設置(參見以下的數值精度探討)。信息的傳輸和指令的執行都是以晶振周期為最小單位時間動作的。
    每一個有思想的硬件都是有類似于CPU這樣的芯片的。它們其中集成了一些指令集,可以聽懂“別人的話”。如硬盤有硬盤控制
器,處理器本身有控制器;CMOS芯片只有存儲功能,對于硬件參數比對的工作還需要交給CPU來做。
    操作系統之所以重要,是因為它是硬件與應用軟件的中間人,它將通過自己的平臺開發出來的應用程序解析為匯編語言和機器語言與硬件交互。
    總結:計算機的發明是二十世紀最重要的事件之一。人類能夠設計出這樣的一個如此精密的機器足以體現出人類的智慧。再復雜的事物也是由最基本的東西所組成,計算機的復雜之處在于它的高速性與準確性,而這一切的實現是由最基本的電子管、晶體管、集成電路完成的,這些都是硬件。人類歷史的又一大發明是第三代信息載體,它是在信息傳播中攜帶信息的媒介,是信息賴以附載的物質基礎,也是用于記錄、傳輸、積累和保存信息的實體。包括以能源和介質為特征,運用聲波、光波、電波傳遞信息的無形載體和以實物形態記錄為特征,運用紙張、膠卷、膠片、磁帶、磁盤傳遞和貯存信息的有形載體。 信息和計算機相依為命,沒有信息,計算機便是一堆廢鐵;沒有計算機,我們現在的時代因為信息處理的緩慢,定不會如此高速的發展。

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